Diseño e implementación de un prototipo para control automático de nivel y caudal de líquidos para los laboratorios de ingeniería mecánica UPS-Quito.

Para citar o enlazar este item, por favor use el siguiente identificador: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/16660
Title: Diseño e implementación de un prototipo para control automático de nivel y caudal de líquidos para los laboratorios de ingeniería mecánica UPS-Quito.
Authors: Machado Ramírez, César Orlando
Molina Coronado, Robinson Paúl
Advisor: Vergara Cedeño, Joseph Ramón
Translated abstract: El presente trabajo tiene como finalidad dotar a los laboratorios de mecánica de un sistema mediante el cual los estudiantes podrán realizar prácticas físicas de automatización y control industrial, como son la medición, control y monitoreo de variables de proceso en este caso nivel y caudal. Para cumplir con el objetivo planteado, se diseñó y construyó un prototipo automatizado con posibilidad de controlar dos variables caudal y nivel, dicho prototipo cuenta con un sistema de tubería por el cual circula agua impulsada por una bomba. Dicha bomba está regulada en su velocidad por un variador de frecuencia. Tanto para el control de caudal así como para el control de nivel, el agua circula desde el tanque de reserva hacia el tanque de prueba, y de éste hacia el tanque de reserva nuevamente formando de esta manera un circuito cerrado de agua. Para la medición de caudal se utilizó un sensor tipo turbina marca KOBOLD con un rango de medición de 2 a 40 [lts/min] con una exactitud de medición de 1.5%, además se consideró que es de un costo bajo. El incremento o decremento del flujo (caudal) se lo realizó variando la velocidad de la bomba mediante el variador de velocidad SINAMICS G110. Mientras que para la medición de nivel se ha utilizado un sensor de presión hidrostática que tiene un rango de medición de 0 a 10 [Kpa] con una exactitud en la medición del 0.5%, el cual censará la columna de agua y de acuerdo a la presión nos dará la altura de la misma de forma directa. Para hacer posible la variación del nivel en el tanque de medición se utilizó en conjunto una válvula manual tipo compuerta y una electroválvula al final del mismo. Para el control del prototipo se utilizó el PLC S7-200 (Controlador Lógico Programable), con un CPU 224 DC/DC/DC, con una señal de 4 a 20 [mA], para el cual se diseñaron algoritmos de control con rutinas PID. El manejo del prototipo es de forma remota, para lograr esto se implementó un HMI realizado el software Intouch 10, con ventanas que permiten interactuar de acuerdo a las necesidades planteadas al momento de abrir la ventana de control principal. Para el manejo total del prototipo y su comunicación, con la finalidad de realizar una adquisición de datos en cada una de las pruebas realizadas se utilizó en conjunto un grupo de programas como son: Intouch 10, STEP 7 MicroWIN SP7 4, KEPServer EX5 y S7-200 PC Access V1.02. En las pruebas de funcionamiento realizadas se determinaron parámetros óptimos (Ganancia = 7.5, Tiempo de Integración = 0.21 min, Tiempo de Derivación = 0 y tiempo de muestreo = 0.1 seg.), para el control de nivel, con los cuales arrojaron resultados satisfactorios, haciendo notar que la calibración del controlador fue apropiada, al variar cada uno de estos valores se notó que el sistema tiende a variar en rapidez de respuesta y estabilidad. Para el tramo de 0 a 100 mm se obtuvo un tiempo de reacción de 1minuto con 25 segundos para estabilizarlo totalmente, el error en el setpoint de nivel fue de 0.5 mm. Para un segundo tramo tomado de 390 a 500 mm se obtuvo un tiempo de reacción de 1 minuto para una estabilización satisfactoria y el error máximo en el setpoint de nivel fue de 2.6 mm. Para el control de caudal el PID tiene los siguientes valores (Ganancia = 0.8, Tiempo de Integración = 0.02, Tiempo de Derivación = 0 y tiempo de muestreo = 0.1 segundos), se tomó muy en cuenta que el sensor de turbina no arroja valores exactos cuando el caudal es menor a 0.5 [GPM], es decir cuando son menores al 5%, esto de acuerdo a los valores de diseño del transmisor de caudal KOBOLD DRS. Para el tramo de 0 a 15 litros sobre minuto se obtuvo un tiempo de estabilización de 40 segundos, mientras que el error de caudal se reduce en la práctica a la exactitud del transmisor que es 1.5 %. Además de realizó un tercer PID utilizando el transmisor de caudal para realizar dosificaciones tomando en cuenta el volumen del líquido con los siguientes valores (Ganancia = 0.8, Tiempo de Integración = 0.02, Tiempo de Derivación = 0 y tiempo de muestreo = 0.1 segundos). Para un valor de 4 litros se obtuvo un tiempo de reacción de 16 segundos, mientras que el error fue de 0.032 litros.
Keywords: INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO DE SOFTWARE
CONTROL AUTOMÁTICO
LÍQUIDOS
CONTROL HIDRÁULICO
Issue Date: Jul-2011
URI: https://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/16660
Language: spa
Appears in Collections:Grado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
UPS-KT00095.pdfTexto completo3,99 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons